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高质量氮化硼的制备与性能研究

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近年来石墨烯在场效应晶体管方面的研究引起了人们的广泛关注,其场效应器件主要是以二氧化硅/硅为基底进行组装,该类器件由于二氧化硅表面的杂质引起的电荷散射、表面的悬空键和电荷陷阱的存在,...

近年来石墨烯在场效应晶体管方面的研究引起了人们的广泛关注,其场效应器件主要是以二氧化硅/硅为基底进行组装,该类器件由于二氧化硅表面的杂质引起的电荷散射、表面的悬空键和电荷陷阱的存在,从而无法充分展示石墨烯本身的优良性能。而六方氮化硼是宽带隙(5.9 eV)类石墨烯的2D层状结构的材料,其本身诸多优良性能,例如:高温稳定性、较好的机械性能、良好的导热性能、中等的介电常数(~4),使其拥有广泛的应用前景;与此同时其表面的不存在杂质电荷、悬空键和电荷陷阱及与石墨烯超高的晶格匹配度(大于98%),这些性能决定了其作为场效效应器件中的介电层明显优于二氧化硅。

氮化硼


目前对于六方氮化硼(h-BN)的制备主要是采用化学气相沉积的方法(CVD),存在的主要问题是制备过程中单片六方氮化硼(h-BN)的尺寸较小,从而增加了薄膜的晶界,降低了薄膜的质量,同时在石墨烯和六方氮化硼(h-BN)界面处存留杂质的存在也降低了其作为介电层在石墨烯场效应器件中的性能。针对这些问题,化学所有机固体重点实验室相关研究人员与哈工大胡平安教授合作,采用CVD的方法制备得到了20μm大小的单片三角形的六方氮化硼(h-BN),进一步生长得到连续的薄膜,从而降低薄膜的晶界,提高了薄膜的质量。由于六方氮化硼(h-BN)较高的稳定性和抗氧化性能,对利用聚甲基丙烯酸甲酯辅助转移到二氧化硅/硅基底上的薄膜,在空气中热处理除去转移过程中的残留物,得到了表面干净的六方氮化硼(h-BN)薄膜。由其组装成石墨烯的场效应器件,迁移率比不经过热处理的器件提高了6倍。


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